1970年代發(fā)現(xiàn)的熱液噴口使海底的火山產(chǎn)生超過350攝氏度或662華氏度的熱流體，從根本上改變了人們對地球和生命的認(rèn)識。然而，如今，海底和海底的生活仍然是一個(gè)謎。

更好地了解這些火山活動(dòng)區(qū)很重要，因?yàn)楹５淄L(fēng)口的化學(xué)作用會(huì)更廣泛地影響海洋化學(xué)作用。此外，海底的獨(dú)特環(huán)境為生物和非生物過程提供了支持，這些過程提供了有關(guān)地球生命如何開始，生命如何隨著時(shí)間持續(xù)以及其他行星體生命潛力的線索。

根據(jù)里海大學(xué)地球與環(huán)境科學(xué)系教授地球化學(xué)家吉爾·麥克德莫特(Jill McDermott)的說法，過去對熱液排放流體化學(xué)的研究表明某些氣體種類(例如分子氫)的減少。人們認(rèn)為這些消耗是由生活在淺海底的微生物群落(統(tǒng)稱為海底生物圈)引起的。

但是，McDermott及其同事的一項(xiàng)新研究結(jié)果與該假設(shè)相矛盾。研究人員分析了來自世界上最深的通風(fēng)孔氣源的氣密性熱液流體樣本，該氣源位于中開曼河中部的Piccard熱液場，其深度為4970米，或低于海平面約16,000英尺。他們觀察到樣品中的化學(xué)變化，包括分子氫的大量損失，這只能是非生物(非生物)過程和熱源(熱分解)過程的結(jié)果，因?yàn)榱黧w溫度超出了支持壽命的極限，為攝氏122度或華氏250度左右或更低。

該結(jié)果今天在線發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的文章“熱液混合區(qū)中的非生物氧化還原反應(yīng)：地下生物圈的能源減少”中。其他作者包括：地質(zhì)與地球物理高級科學(xué)家Christopher German和海洋化學(xué)與地球化學(xué)高級科學(xué)家Jeffrey Seewald，以及Woods Hole海洋學(xué)研究所海洋化學(xué)與地球化學(xué)研究助理III的Sean Sylva;麻省理工學(xué)院副教授小野秀平(Shehei Ono)。

麥克德莫特說：“我們的研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)的這些變化是由非生物過程驅(qū)動(dòng)的，這些過程在微生物群落獲得能量之前先除去了能量。” “這可能對限制全球地球化學(xué)循環(huán)可以維持深層生物圈的程度以及全球氫預(yù)算具有關(guān)鍵意義。”

她補(bǔ)充說：“這也意味著地下生物圈可能比以前任何人都意識到能量更少。大洋地殼中非生物氫消耗的程度可能會(huì)減少海底生物的生活影響，這是未來研究的重要目標(biāo)。 ”

通過對溶解氣體，無機(jī)化合物和有機(jī)化合物的化學(xué)分析，研究小組發(fā)現(xiàn)，低溫流體樣品源自海水與附近的Beebe Vents黑煙民之間的混合，因此得名，是因?yàn)閺耐L(fēng)口排出的流體類似于黑煙。煙囪。麥克德莫特說，在這些混合流體樣品中，許多化學(xué)物質(zhì)的豐度高或低。氣體量變化最大的樣品的海底溫度為149攝氏度或300華氏度，該溫度太高而無法維持生命。因此，他們得出結(jié)論，造成地球化學(xué)變化的過程不能直接涉及生命。

他們確定導(dǎo)致這些化學(xué)位移的非生物反應(yīng)包括硫酸鹽的還原和生物質(zhì)的熱降解，并受到質(zhì)量平衡因素，穩(wěn)定的同位素測量和化學(xué)能學(xué)計(jì)算的支持。

在兩次研究考察中，使用了Jason II和Nereus這兩種遠(yuǎn)程操作的車輛采集了樣品，這兩種車輛均設(shè)計(jì)用于深水勘探并在世界海洋中進(jìn)行各種科學(xué)研究。

西瓦爾德說：“這是一個(gè)非常令人興奮的實(shí)地計(jì)劃，為我們提供了一個(gè)難得的機(jī)會(huì)，來探索自然環(huán)境的化學(xué)與其所支持的生命之間復(fù)雜的相互作用。” “我們現(xiàn)在處于更好的位置來估計(jì)海底下可能存在的微生物壽命。”

Piccard熱液場發(fā)現(xiàn)于2010年，位于加勒比大開曼島以南。研究人員檢查的流體樣品在44至149攝氏度(111至300華氏度)的溫度下通風(fēng)，為研究小組提供了難得的機(jī)會(huì)來研究維持生命和非維持生命的環(huán)境之間的過渡。

“這項(xiàng)研究最酷的(熱的)事情是，我們能夠找到一組通風(fēng)口，從生活中過熱的地方到恰到好處的地方，” German說。“那組特別可愛的環(huán)境為海底下的生活可能(也可能)無法做的事情提供了新的見解。”

眾所周知，熱液噴口流體溫度和化學(xué)成分的變化是控制整個(gè)世界海洋中地殼微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的重要控制。

McDermott說：“之所以存在這種關(guān)系，是因?yàn)闊嵋簽樘囟ǖ奈⑸锎x反應(yīng)提供了能量。” “但是，關(guān)于排放流體化學(xué)性質(zhì)是由生命本身還是由非生命過程改變的相反問題，卻是一個(gè)很少解決的重要問題。”

研究小組的發(fā)現(xiàn)可能有助于開拓一條新的探索途徑，以評估除微生物過程外，非生物過程是否可作為能源供應(yīng)的重要控制手段。